Geri Dön

A computational study on the design of donor-acceptor copolymers for organic photovoltaic materials

Organik fotovoltaik materyaller için alıcı-verici kopolimerlerin dizaynına yönelik hesapsal çalışma

  1. Tez No: 474299
  2. Yazar: BİRCE KAHRAMAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HATİCE İLKNUR DOĞAN, PROF. DR. VİKTORYA AVİYENTE
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 83

Özet

Organic solar cells are one kind of renewable energy. In this study, 50 different donor-acceptor oligomers, which were used for photovoltaic materials, were investigated by using 5 different acceptors, which are cyclopentadiphenyl (CPDP), benzodithiophene isomer 1 (BDT1), benzodithiophene isomer 2 (BDT2), cyclopentadithiophene (CPTz), dithienopyridine (DTPn), and 5 different donors, which are benzo[c][1,2,5]thiadiazole (BT), benzo[c][1,2,5]oxadiazole (BX), hydrogentriazole (HTAZ), benzo[c][1,2,5]selenadiazole (BSe), quinoxaline (Qx). Density functional theory (DFT) and time-dependent DFT (TD-DFT) at the B3LYP/6-311G* level have been employed for the calculations. The number of donors increased from 5 to10 by using the heteroatom substitution on the donors. Thus, the effect of heteroatom substitution on optical and geometrical properties of molecules was investigated. Benchmark studies on the methodology were performed to determine HOMO, LUMO energies and optical band gaps of the oligomers. Transition dipole moments, HOMO, LUMO energies and band gaps were calculated as a function of the chain length so, tetramers were found as suitable materials to ensure the energy saturation. Tetramers, which were the optimal chain length, have been used to evaluate the optical and geometrical properties like reorganization energies, distortion energies, frontier molecular orbitals, bond length alternations and excited-state vertical transition energies of oligomers. In conclusion, suitable photovoltaic materials were designed from a class of oligomers by taking 4 important factors into consideration. The choice of oligomers was based on the following criteria: low reorganization energy, LUMO energy higher than -3.8 eV, HOMO energy range between -5.27 eV and -5.7 eV and the optical band gap between 1.4 eV to 1.9 eV. Overall,16 out of 50 tetramers were found as suitable materials which can be used in solar cells.

Özet (Çeviri)

Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri de güneş panelleridir. Bu çalışmada yoğunluk fonksiyonel teori (DFT) ve B3LYP/6-311G* seviyesindeki zamana bağımlı DFT (TD-DFT) ile 5 farklı alıcı; siklopentadifenil (CPDP), benzoditiyofen izomer 1 (BDT1), benzoditiyofen izomer 2 (BDT2), siklopentaditiyofen (CPTz), ditienopiridin (DTPn) ve 5 farklı verici; benzo[c][1,2,5]tiadiazol (BT), benzo[c][1,2,5]oksadiazol (BX), hidrojentriazol (HTAZ), benzo[c][1,2,5]selenadiazol (BSe), kinoksalin (Qx) kullanılarak fotovoltaik materyaller için kullanılan 50 farklı verici-alıcı oligomer araştırılmıştır. Heteroatom yer değiştirmesi kullanılarak verici sayısı 5 ten 10 a çıkarılmıştır. Böylece moleküle ait geometrik ve optik özellikler üzerindeki heteroatom yer değiştirme etkisi incelenmiştir. Oligomerlerin optik bant aralıkları ve HOMO, LUMO enerjilerini belirlemek için metodoloji üzerine yapılan kıyaslama çalışmaları kullanılmıştır. Geçiş dipol momenleri, HOMO, LUMO enerjileri ve bant aralıkları zincir uzunluğuna bağlı bir fonsiyon olarak hesaplanmıştır, bu şekilde tetramerler enerji doygunluğunu sağlamak açısından en uygun materyaller olarak bulunmuşlardır. En uygun zincir uzunluğuna sahip tetramerler, oligomerlere ait reorganizasyon enerjileri, bozulma enerjileri, hudut orbitalleri, bağ uzunluğu değişimleri ve dikey uyarma enerjileri gibi optik ve geometrik özellikleri değerlendirmek için kullanılmışlardır. Sonuç olarak, 4 önemli etken dikate alınarak bir sınıf oligomer arasından uygun fotovoltaik materyal seçilmiştir. Bu etkenler düşük reorganizasyon enerjisine, -3.8 eV tan yüksek bir LUMO enerjisine, -5.27 eV ile -5.7 eV aralığında bir HOMO enerjisine ve 1.4 eV ile 1.9 eV aralığında bir bant boşluğuna sahip olmaktır. Bu şekilde, güneş panellerinde kullanılan 50 tetramer arasından 16 tanesi uygun malzeme olarak bulunmuştur

Benzer Tezler

  1. Design, synthesis, and characterization of functional organic materials for optoelectronic applications

    Optoelektronik uygulamalar için fonksiyonel organik malzemelerin dizaynı, sentezi ve karakterizasyonu

    MEHMET ÖZDEMİR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    KimyaAbdullah Gül Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HAKAN USTA

  2. Synthesis of new mesogens and investigation of their liquid crystalline properties

    Yeni mezojenlerin sentezi ve sıvı kristal özelliklerinin incelenmesi

    BURAK KORKMAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL

    PROF. DR. YEŞİM GÜRSEL

  3. Kalkojen atomlarının kalkojendiazolokinoksalin içeren yarı iletken polimerlerin elektronik bant aralığı üzerindeki etkilerinin kuantum mekanik yöntemlerle incelenmesi

    Investigation of the effect of chalcogen atoms on the electronic band gap of chalcogendiazoloquinoxaline-containing semiconducting polymers by quantum mechanical methods

    EMİRE UYANIK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Kimya MühendisliğiAnkara Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HAKAN KAYI

  4. Porphyrin, ortho-carborane and BODIPY conjugate: Synthesis and photoluminescence properties

    Porfirin, orto-karboran ve BODIPY konjuge sistemi: Sentez ve fotolüminesans özellikleri

    EKİN BERKSUN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ESİN HAMURYUDAN